Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 63
Текст из файла (страница 63)
11. 1, и). Т якие же по значению и противоположные по направлению силы действуют со стороны активной зоны на окружазощую ее 530 пассивную зону. Под действием этих внутренних сил а материале возникают собст»пенные напр»э!сени» о, которые вызывают собственные деформации материала 6„обеспечивающие стыковку активной и пассивной зон. Онн назьшаются собственными (иногда также внутренннмн) потому, что возникают при отсутствии внешних сил. В процессе изменения температуры деформации и напряженна изменяются такнм образом, что в каждой точке дезззли сохраняются равновесие напряжений н совместность деформаций, т. е. условия отсутствия разрывов.
Прн медленном равномерном нагреве детали, например в печи, собственные деформации малы, тогда ги и г„. Прн сварке детали в пассивной зоне (вдали от шва, где температура менгса незначительно) 6« 6с, В актнвной зоне 6« <6«, так как свободньзе н собственные деформации имеют разные знаки. Чем больше жесткость пассивной зоны, тем сильнее ее сопротивление расширению активной зоны, выше уровень собственных напрюкеннй н деформаций и больше разница между свободиымн температурными (6,„) и наблюдаемыми (6н) деформациями активной зоны. При высокой жесткости пассивной зоны, например при наплавке узкого валика на широкую и толстую пластину, наблюдаемые деформации прак- тИЧЕСКН ОтСУтетВУЮт, тОГЛа 6, и -6,„.
С уменьшением жесткости пассивной зоны наблюдаемые деформации и перемещения в ней увеличиваиузся. При этом собственные деформации и напряжения в активной зоне умеиьшанпся. Применяемые при сварке сборочно-зажимные приспособления также входят в состав пассивной зоны и увеличивают ее жесткость. Как правило, жесткость сварнваемых деталей неодинакова по различным направлениям.
Например, в тонкой пластине сопротивление расширению активной зоны в плоскости пластины существенно сильнее, чем а перпендикулярном плоскости направлении (по толщине пластины). Соответствующие компоненты напряжений и наблюдаемых деформаций также различны. В направлении по толщине пластины напряжения малы, а наблюдаемые деформации существенно выше, чем в плоскости пластины.
В стержне наибольшие напряжения и наименьшие наблюдаемые деформации при сварке возникают в направлении вдоль оси стержня. Собственные деформации состоят из упрупзх и пластических деформаций: 531 Если собственные напряжения не достигают предела текучестз1 материала, то собственные деформации являются упругими, В этом случае после полного остывания происходит полная разгрузка — напряжения и все виды деформаций убывают до нуля.
В тех юнах нагреваемой детали, где напрюкення достигают предела текучести, возникают пластические деформации, В этом случае после полного остывания в детали сохранякзтся напряжения, а также собственные и наблкщаемые деформации. Собственные напряжения, действующие в сварном соедннениц в процессе сварки, назыВаются В)земсииымм, а после полнОго Осгывання — Осюиюючмьгягп, Собственные напряжения в активной и пассивной зонах, как временные, так н остаточные, взаимно уравновешены.
По объему, в кото)юм досгигаетсл равновесие, !зазлнчают собстаенггые напряжения первого, второго н третьего рода. Напряжения первого рода всегда уравновешены в пределах любого сечения, полностью пересекающего конструкцию (включая зажнмные приспособления). Напряжения второго и третьего рода уравновешены в микрообъемах (в пределах зерна и атомной решетки). Как правило, определяют и непосредственно используют в расчетах только напряжения первого рода. Собственные напряжения и деформацци могут быть олноосиыми (линейными), двухосными (плоскостными) и трехосными (обьемнымн). 11.2.
Временные н остаточные деформации н напряженна прн нагреве края пластпны двнжузпнмса источником теплоты Рассмотрим процесс изменения деформаций и напряжений в активной зоне широкой пластины при прохожденци по ее краю движущегося источника теплоты (сварочной дуги). Поскольку препятствия расширению металла по толщине и в сторону края пластины отсутствуют, напряжения являются одноосными и действуют параллельно краю пластины (вдоль траектории движения источника). По мере приближения источника к некоторой точке пластины температура в ней повышается, а после прохождения источника мимо этой точки вновь снижается ло температуры окружающей среды (рнс.
11.2), Прямо пропорционально изменению температуры 532 т Рис. 1!.2. Циклы температуры, деформации и напряжения в точке у края 11ластины при прохождении движущегося источника тспдотьг А . начало нагрсаа и роста сжимаюпнгх напрюхений; Б — начало пластичссхих деформаций ухорочення; Л вЂ” начало охлаждения и упругой разгрузки; П - полная разгрузил и начало роста растягняаюп1их напрюхений; Д вЂ” начало пластических деформаций удлинения; К— полное остмяанне (остаточные напряження и даформации) растет, а затем убывает свободная температурная деформация еп. Наблюдаемая деформация си в данном случае мала„поскольку широкая пассивная зона пластины препятствует расширению небольшой активной зоны у края пластины.
В активной зоне возникают сжимаклцее напряжение О и деформация укорочения ао и — еп, которая компенсирует деформацию удлинения от наг- рева еп. Если напряжение О при нагреве не достигает предела текучести материала О„то вся собственная деформация является упругой аупр, при остывании происходит полная разгрузка и остаточное напряжение не образуется. Если же напряжение О достигает предела текучести О, (в точке Б на рис. 11.2), то рост напряжения и упругой деформации прекращается, дальнейшее увеличение собственной деформации сс при продолжении на~рева процсходит за счет роста пластической деформации укорочения а „. В точке 8 начинаются снижение температуры и упругая разгрузка. Пластическая деформация укорочения сохраняется, поэтому полная разгрузка наступает раньше полного остывания (в точке г ), и ° 11.3. Схема образованна деформаций н перемеи1ений прн сварке пластин встык рассмотрим случай сваркп встык двух одинаковых по ширине пластин, Будем считать активной зоной ту часть сварного соединения, в которой прн нагреве происходят пластические деформации укорочения, а пассивной — остальные части свариваемых пластин и закрепления (рис.
11.3, а). Зона пластического укорочения (активная зона) включает в себя кроме шва основной металл, температура нагрева которого превысила некоторое значение Т, зависящее от свойств металла (Тт повышается с ростом предела текучести о, н снижается с ростом модуля упругости Е и козффнцнента линейного расширения сг) н от жесткости сварнемых деталей 534 При дальнейшем остываиии материал на краю пластины продолжает сокращаться. Остальная часть пластины препятствует зтому сокращению, возникает растяпнзающее напряжение и упругая деформация удлинения. Если при охлаждении напряжение снова достигает предела текучести (в точке Д на рис.
11.2)„то рост напряжений и упругих деформаций прекращается„цачннакпся пластические деформации удлинения„которые компенсируют часп* пластического укорочения, возникшего прн нагреве, После полного остывания «точка Е) иа краю пластины сохраняются остаточная пластическая деформация уко!зочения, остаточное растягиваюшее напряжение и остаточная упругая деформация удлинения. Таким образом, причиной возникновения остаточного напряжения является пластическое укорочеине активной зоны при нагреве. Пластическая деформация возникает в актлвной зоне в основном по двум причинам: 1) поперечное сечение активной зоны, как правило, меньше, чем окружающей пассивной зоны, позтому уровень напряжения в ней выше; 2) предел текучести материала снижается при нагреве (при сварочных температурах он близок к нулю), позтому остаточные напряжения возникают даже при сварке очень маленьких швов.
При ограниченной жесткости свариваемой конструкции под действием сварочных напряжений в ней возникают существенные остаточные наблюдаемые деформации и перемещения, приводящие к искажению ее формы и размеров. Рис. 11З. Схема образовании сварочных деформаций н напряжений прн сварке пластин встык: а — активная и пясснвпвв зпвы (пппсречнсс сечснпс вставной зопзя псввзвнп звзсззнсппсм); 6, в - лсфорзгвппп н нвпряпенпя в ввзпвпся зоне пв стппвяя нагрева в озлвплснвя (Т, снижается с ростом жесткости).
При сварке пласпш из малоуглеродистой стали Т, обычно составляет 150...250 'С, т. е. активная зона может занимать существенную часть (до половины) всей ширины свариваемых пластин. Если площади сечения активной и пассивной зон соизмеримы, то в сварном соединении возникиаг довольно большие иаблюдае- мыс деформации и перемещения. При нагреве металл активной зоны расширяется (рис. 11.3, б), и одновременно снижается его предел текучести во Расширение метаала активной зоны происходит по трем направлениям (вдоль шва поперек шва и по толщине пластины) в разной степени (светлые стрелки на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
